巖溶地區碼頭樁基溶洞施工處理技術

楊柏林

（廣西新港灣工程有限公司，廣西防城港 538000）

碼頭施工經常需要面臨復雜的地質環境，如軟土地基、水下作業等，而在巖溶地區，碼頭樁基的施工還需要考慮可能存在的溶洞，做好溶洞的處理工作，保證樁基施工的效果，確保碼頭工程整體的施工質量和使用安全。針對工程技術人員而言，在對碼頭樁基溶洞進行施工處理的過程中，需要充分考慮巖溶地區的實際情況，確定溶洞的規模和類型，選擇恰當的施工方案，最大限度地保障施工處理的效果。

1 工程概況

工程碼頭為高樁梁板式碼頭結構形式。碼頭全長501 m，碼頭平臺面寬為47 m，分為13個結構段，結構分段長度為32.6 m，每個結構段之間用7.85 m的簡支跨連接，標準排架間距為7.85 m，橫向樁間距9.7～11.0 m。碼頭共66榀排架，每榀排架設5根Φ1.4m的灌注嵌巖樁（碼頭前沿第一排轉角位置排架少一根），前兩排樁樁底進入中風化灰巖層深度不小于5 m，后三排樁底進入中風化灰巖層深度不小于4.0 m。碼頭共設329根灌注嵌巖樁，根據地勘資料揭示樁位區域內的灰巖地段局部有溶洞及溶蝕現象，溶洞部分為全充填，部分無充填，且溶洞連通性較差。根據設計院地勘資料統計，存在溶洞的樁位有44根，其中溶洞高度>4 m的有21根，溶洞高度<4 m的有23根。

2 地質條件

勘察區域河段位于湖掛載褶皺帶接界處。從地質力學觀點出發，處在廣西山字型構造體系馬蹄形盾地的東部，有新華夏構造體系與其復合，局部存在經向構造體系和緯向構造體系。

勘區地層自上而下主要為第四系全新統沖積層（Q4al）、第四系殘積土（Qel）、石炭系下統巖關階泥巖（C1y）及泥盆系上統榴江組灰巖（D3l）。具體劃分地層：②第四系全新統沖積層（Q4al）、②1粉細砂、②2礫石和卵石（混黏性土）、②3粉質黏土～黏土（標貫擊數3～5擊）、②4粉質黏土～黏土（標貫擊數4～8擊）；②5粉質黏土～黏土（標貫擊數8～15擊）、②6粉質黏土～黏土（標貫擊數大于15擊）；②7黏性土混礫石和卵石；②8殘積土（Qel）。

3 處理措施

（1）針對地質勘探資料揭示樁位溶洞高度大于4 m的樁基，采用旋挖鉆機施工成孔+沉入鋼護筒跟進的方式處理。

（2）對于地質勘探資料揭示樁位溶洞高度大于2 m的樁基（含溶蝕現象），即A51、C46、D39、D46、E25樁基，采用旋挖鉆機施工成孔+沉入鋼護筒跟進的方式處理。

（3）對于地質勘探資料揭示樁位溶洞高度小于2 m的樁基（含溶蝕現象），采用旋挖機施工成孔后（不塌孔）直接灌注混凝土處理。若采用旋挖機施工過程中或終孔后出現樁位溶洞坍塌難以成孔，可根據現場實際施工情況采用沉入鋼護筒的方式重新處理。

（4）若樁基溶洞或溶蝕現象采用鋼護筒跟進的處理方式無法進行有效處理，可采用沖孔鉆機沖填片石、黏土的方案處理。

（5）本工程的溶洞情況特殊，最大溶洞高度約12.8 m，為確保施工安全及工程質量，對于溶洞高度大于6 m的，施工前還應制定安全專項處理應急措施，以確保施工安全。

4 施工技術

4.1 施工準備

（1）做好相應的人員組織工作。

項目部應該組織專業技術人員，對溶洞處理的技術措施進行學習，成立專門的工程溶洞應急處理小組，負責對溶洞處理過程中突發狀況的處理和應對。在施工現場，需要安排至少2名技術人員，24 h輪流值班，做好監督管理工作，發現問題及時向上級部門匯報并督促施工人員進行處理。項目部應組織樁基施工人員學習相應的溶洞處理知識并進行處理技術交底，確保其在對溶洞進行處理的過程中出現突發狀況能夠按交底的措施處理。

（2）準備好相應的工程資料。

包括溶洞的位置、大小、范圍以及充填情況，制定具備可行性的施工方案和技術保障措施，確保施工順利進行。

（3）做好處理方案的計算和分析。

在施工前還需要對樁位實施相應的溶洞注漿和鉆孔試樁試驗，利用得到的試驗數據對施工方案進行優化和完善，保證方案的可行性和可靠性。

（4）做好施工材料準備。

包括鋼護筒、成孔用水、黏土、塊石、片石等，確保在遇到溶洞鉆穿情況時，能夠迅速進行補水補漿操作，通過拋填黏土和片石的方式恢復正常鉆孔作業。準備大量的普通硅酸鹽水泥，遇到大溶洞嚴重泥漿漏失問題時，能夠通過添加水泥的方式提升護壁強度，做好堵漏工作。

（5）做好施工機械的配備。

主要包括鉆機，打樁機、裝載機50型一臺，25 t吊車一臺，鋼護筒振動錘，挖掘機一臺。

4.2 施工技術

（1）常規成孔法。

如果溶洞內部存在充填物，且充填物為可塑性或者軟塑性亞黏土時，溶洞的大小、垂向數量都不產生影響，在施工中都可以依照正常的地質狀況進行樁孔施工，不考慮溶洞的存在。因為在這種情況下，沖擊成孔環節溶洞內部的土質和外部土質并不存在明顯區別。如果遇到淺表性溶洞，可以直接將溶洞鑿挖開后進行填埋處理，溶洞區域穩定后，再進行鉆孔作業。這種成孔方法的操作簡單，施工效率高，成本比較低廉。

（2）片石、黏土筑壁法。

溶洞內部沒有充填或為半充填，高度不超過3 m，存在嚴重漏水情況時可以采用片石、黏土筑壁法進行施工，將片石和黏土依照1∶1的體積比混合后回填，使用0.5～0.8 m小沖程進行沖擊，確保回填物充實后適當加漿，將水頭提升到正常高度，堵塞漏漿位置，形成人工護壁。實際施工環節，需要保證鋼護筒預埋的牢固性，確保不會因為溶洞漏水，水頭高度下降而引發孔口坍塌問題[1]。

沖孔到距離溶洞頂板約1.0 m的位置時，應適當加大泥漿比重，以低沖程、慢速沖擊，逐漸擊穿頂蓋，避免出現卡鉆的問題。安排專人負責護筒內部泥漿變化的觀察，若發現泥漿面明顯下降，需要將鉆頭提起，做好補漿工作，拋填混合料，泥漿面穩定后，以低沖程沖擊混合料，形成泥石護壁，穿越巖溶區域。片石、黏土筑壁法在應用中，施工質量和孔口的穩定性可以得到有效保障，技術相對成熟，應用效果良好。

（3）水泥、黏土和片石筑壁法。

如果溶洞內沒有填充或為半填充，高度在2～2.5 m，存在嚴重漏水情況時，可以采用水泥、黏土和片石筑壁法進行施工，將三者混合后進行回填，使用0.5～0.8 m小沖程進行沖擊，確保回填物充實后適當加漿，將水頭提升到正常高度，堵塞漏漿位置，形成人工護壁。

在施工環節，必須確保鋼護筒穿透砂礫和卵石層等透水層，深入不透水亞黏土層，確保不會因為溶洞漏水，水頭高度下降而引發孔口坍塌問題。針對部分溶槽、溶溝和小裂隙，在進行沖孔的過程中，可以投放整袋水泥、黏土和片石進行堵塞，避免泥漿流失，確保鉆孔能夠順利穿越巖溶區。水泥、黏土和片石筑壁法的原理與片石、黏土筑壁法類似，優勢也基本一致，都能夠保證施工的質量和安全，確保后續施工的順利進行。

（4）鋼護筒跟進法。

鋼護筒跟進法適用于高度超過4 m、單側部分單層或多層溶洞成垂直串珠裝的大溶洞，這種方法一邊沖孔，一邊對護筒進行接高，逐步壓入已經鉆成的樁孔內。當樁孔穿越多個溶洞成功造壁后，若已經形成的泥石護壁坍塌漏水，可以使用鋼護筒跟進到相應部位進行堵漏。

在鋼護筒跟進法施工中，應關注兩個關鍵問題：

①鋼護筒的選擇。

護筒的長度為L=h+H+1，h表示地質鉆探環節確定的溶洞高度，H為溶洞頂部到地面的高度再加0.3 m。如果使用單層護筒，需要確保護筒內徑超過樁直徑0.1 m，如果使用多層護筒，護筒最內層內徑應該超過樁直徑0.1 m，外一層護筒內經超過內一層護筒外徑0.1 m，以此類推。鋼護筒使用的鋼板厚度不能低于10 mm，單個大溶洞可采用單層護筒，兩個大溶洞則采用雙層護筒。

②鋼護筒的沉放。

沖擊穿過溶洞頂部時，需要反復提升沖錘，在溶洞頂部的厚度范圍內上下移動，如果沒有明顯的阻礙，則表明頂部已經成孔，并且鉆孔圓滑垂直，可以使用鋼絲繩活扣將內護筒綁住，以吊機將內護筒沉放到孔底，如果必要可以使用振動錘下沉。若沖擊鉆在堅硬巖層中的擴孔系數偏小，無法滿足鋼護筒下沉需求，應在回填后更換大鉆頭進行二次沖孔，確保鋼護筒能夠順利下沉，樁孔豎直，不存在歪斜和縮頸問題。

鋼護筒跟進法優點為施工速度快、工效高，能夠有效避免溶洞塌孔影響，護筒不拆除可提高樁基質量及耐久性，投資可控。

（5）混凝土灌注法。

針對部分大溶洞，采用黏土和片石填充的方法可能會出現難以成孔的問題，或成孔后水下混凝土灌注環節出現了孔壁垮塌的現象，此時可以通過灌注混凝土的方式進行處理，使用的混凝土為C25混凝土。擊穿溶洞頂板時，為了減少混凝土用量，可以先使用黏土塊和片石進行填充，反復沖擠后，溶洞填筑基本飽滿后再對混凝土進行灌注，灌注高度為溶洞頂1.0 m以上，混凝土凝固并且達到一定強度后，可以繼續進行鉆孔作業。混凝土灌注過程中應做好施工質量和施工安全管理，時刻關注混凝土灌注的效果，避免溶洞深度估計錯誤或存在其他漏失通道而導致混凝土浪費的問題。

4.3 施工安全

（1）在對溶洞進行處理的過程中，應結合實際情況，做好加泥漿、拋片石和埋置護筒等相關工作，對施工參數進行準確記錄，準確測定溶洞的體積和深度，以可靠數據提高施工效率，保障施工安全。

（2）為了避免溶洞漏漿引發地面沉陷問題，在注漿作業環節需要增加鉆機剛性平臺輔助方案，使用材料為I56a工字鋼，配合平臥井字型布置，平臺面積應較樁基加寬2～4 m。

5 結語

綜上所述，在對巖溶地區碼頭樁基進行施工的過程中，應做好相應的地質勘察工作，明確溶洞的具體位置和規模，采用恰當的施工處理措施，保證良好的處理效果，提升樁基整體的穩定性和可靠性，推動工程施工的順利展開。